SDIO、SD卡和FATFS文件系统理解
### 一、SDIO接口协议定义说明
#### 1.1 介绍
SDIO 是基于SD标准开发的一种外设接口，其接口定义主要**有时钟线**、**命令/响应线**和**数据线**，数据线分为1位、4位和8位，**半双工通信方式**，可以与MMC（多媒体卡，Mutiny Media Card ）卡、SD存储卡和SDIO卡通信。
 与SD卡和SD IO卡的通信速率（卡时钟）可以设置在0-25MHZ，与MMC卡（V4.0以上）的通信速率可以设置在0-48MHZ，（V3.3以下的设置在0-20Mhz）
- SDIO_CK：卡时钟是用来和外部卡进行数据交互的时钟，SDIO_CK = SDIOCLK/(2+CLKDIV)
- CLKDIV：分频系数
- SDIOCLK：数据通道到以及控制单元的时钟，用来产生卡时钟
- HCLK/2：寄存器和FIFO的时钟。
#### 1.2 通信过程
通过**命令线去发送指令**，同样**通过命令线接收响应**，这种类似于IIC通过并转串然后将数据1bit1bit发出来，先传输高位MSB，再传输低位LSB
 如果是多字节传输，先**传输低字节**，后**传输高字节**，低字节在**低数据总线**，高字节在**高数据总线**。
如果是宽字节传输，同样是高位先传输，低位后传输，
如下图所示，可以看到CMD线通过移位寄存器将串行数据接收回来，同样之后会进行CRC校验（硬件），再然后会存入到寄存器中。
 命令传输过程：中间会有等待状态，发送命令时是有控制器驱动，响应的时候是由卡来驱动。
 数据线说明：寄存器可以配置数据总线宽度，如果位宽没有限制，只是在SDIO_D0上面有传输，其中FIFO缓存空间是128个字节（32个字，每个字为4字节），
SDIO的有响应操作和无响应操作（比如广播）
 如果是读操作和写操作，则需要有数据线去参与。在进行写操作的时候需要注意判断卡处于繁忙状态，不会被写入数据，最后需要发送停止数据传输 指令。
 此外也可以进行连续读和连续写操作，即流操作，数据末尾没有CRC校验码，只适用于**多媒体卡**
#### 1.3 通信协议
（命令格式：发送，**传输位为1**）
命令格式：接收（长响应和短响应，**传输位为0**）
具体的命令举例说明：见指令表及程序代码。
### 二、SD卡/SD IO卡/MMC卡
#### 2.1 SD卡
##### SD卡类型
- 标准卡，内存在2GB（2^31 bytes）以内，
- 大容量卡（2GB```
for(i=0;i<74;i++)
{
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = 0x0;//发送CMD0进入IDLE STAGE模式命令.
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_GO_IDLE_STATE; //cmd0
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_No; //无响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable; //则CPSM在开始发送命令之前等待数据传输结束。
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure); //写命令进命令寄存器
errorstatus=CmdError(); //判断是否发送成功
if(errorstatus==SD_OK)break;
}
if(errorstatus)return errorstatus;//返回错误状态
SD_Error CmdError(void)
{
SD_Error errorstatus = SD_OK;
u32 timeout=SDIO_CMD0TIMEOUT;
while(timeout--)
{
if(SDIO_GetFlagStatus(SDIO_FLAG_CMDSENT) != RESET)break; //命令已发送(无需响应)
}
if(timeout==0)return SD_CMD_RSP_TIMEOUT;
SDIO_ClearFlag(SDIO_STATIC_FLAGS);//清除所有标记
return errorstatus;
}
```
```
CMD寄存器变为400，代表指令0，不需要响应。1000 0000
之后发送CMD8，检查SD卡接口电压，
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = SD_CHECK_PATTERN; //发送CMD8,短响应,检查SD卡接口特性
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SDIO_SEND_IF_COND; //cmd8
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short; //r7
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No; //关闭等待中断
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp7Error(); //等待R7响应
if(errorstatus==SD_OK) //R7响应正常
{
CardType=SDIO_STD_CAPACITY_SD_CARD_V2_0; //SD 2.0卡
SDType=SD_HIGH_CAPACITY; //高容量卡
}
SD_Error CmdResp7Error(void)
{
SD_Error errorstatus=SD_OK;
u32 status;
u32 timeout=SDIO_CMD0TIMEOUT;
while(timeout--)
{
status=SDIO->STA;
if(status&((1<<0)|(1<<2)|(1<<6)))break;//CRC错误/命令响应超时/已经收到响应(CRC校验成功)
}
if((timeout==0)||(status&(1<<2))) //响应超时
{
errorstatus=SD_CMD_RSP_TIMEOUT; //当前卡不是2.0兼容卡,或者不支持设定的电压范围
SDIO_ClearFlag(SDIO_FLAG_CTIMEOUT); //清除命令响应超时标志
return errorstatus;
}
if(status&1<<6) //成功接收到响应
{
errorstatus=SD_OK;
SDIO_ClearFlag(SDIO_FLAG_CMDREND); //清除响应标志
}
return errorstatus;
}
```
```
 CMD寄存器变为448,10001001000，前六位代表指令8,01代表短响应，100代表使能CPSM状态机，进入空闲状态，响应时R7响应，收到响应，代表支持该电压范围，如果超时，则不是2.0卡或者不支持电压范围。ARG寄存器为发送的参数，1AA 代表检查。。。？
第6位为1，则代表接收响应成功，其他则代表失败
之后发送CMD55，代表下一条指令是应用指令。
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = 0x00;//发送CMD55,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_APP_CMD;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure); //发送CMD55,短响应
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_APP_CMD); //等待R1响应
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_APP_CMD); //等待R1响应
if(errorstatus!=SD_OK)return errorstatus; //响应错误
```
```
CMD寄存器变为477，10001 110111，前6位为55,01则为短响应，100使能CPSM状态机
接下来发送ACMD41指令，判断SD卡是否为大容量卡，不支持CMD55指令的卡为MMC卡，469,100 01 101001 41指令，短响应
```
<pre class="wp-block-code">```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = SD_VOLTAGE_WINDOW_SD | SDType; //发送ACMD41,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SD_APP_OP_COND;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short; //r3
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp3Error(); //等待R3响应
response=SDIO->RESP1;; //得到响应
if(response&=SD_HIGH_CAPACITY) //SD_HIGH_CAPCITY = 0x400 0000
{
CardType=SDIO_HIGH_CAPACITY_SD_CARD; //支持大容量卡
}
```
```
OCR寄存器各位定义，倒数第二位是容量卡定义。
 再之后是CMD2和CMD3指令,CMD2获取SD卡信息，4C2 100 11 000010 指令码为2,11为长响应。
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = 0x0;//发送CMD2,取得CID,长响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_ALL_SEND_CID;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Long;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);//发送CMD2,取得CID,长响应 128位
errorstatus=CmdResp2Error(); //等待R2响应
if(errorstatus!=SD_OK)return errorstatus; //响应错误
CID_Tab[0]=SDIO->RESP1;
CID_Tab[1]=SDIO->RESP2;
CID_Tab[2]=SDIO->RESP3;
CID_Tab[3]=SDIO->RESP4;
```
```
CID寄存器定义，Manufacture ID = 0x27 = 39.
- 数据传输模式： 
通过CMD9可以获取CSD寄存器数据，比如块长度，块存储容量等。CMD4指令可以配置总线布局以及卡的数量，之后时钟频率从初始化频率的不大于400K，调节到10-25M这个数据传输频段。
```
```
RCA = rca;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = (uint32_t)(rca << 16);//发送CMD9+卡RCA,取得CSD,长响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SEND_CSD;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Long;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp2Error(); //等待R2响应
if(errorstatus!=SD_OK)return errorstatus; //响应错误
CSD_Tab[0]=SDIO->RESP1;
CSD_Tab[1]=SDIO->RESP2;
CSD_Tab[2]=SDIO->RESP3;
CSD_Tab[3]=SDIO->RESP4;
```
```
CMD7指令可以配置卡进入传输数据状态，但是同时只有一个卡进入传输数据状态，同时发送默认地址0x00，也可以使得卡退出传输状态，重新进入旁路状态。地址由RCA决定，因为在高16位，所以读取的RCA地址需要左移16位，才可以选中该卡 通过RCA来区分各个卡的地址。
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = addr;//发送CMD7,选择卡,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SEL_DESEL_CARD;//cmd7
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);//发送CMD7,选择卡,短响应
return CmdResp1Error(SD_CMD_SEL_DESEL_CARD);
```
```
读写之前的一些操作指令：CMD16设置读写块的大小，一次读多少个字节，CMD32，CMD33，擦除开始和擦除结束指令，ACMD6，设置总线数据宽度，（1bit 4bit 8bit），ACMD23，设置即将擦除块的大小等，ACMD42设置或者清除50K欧姆的上拉电阻。
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = blksize;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SET_BLOCKLEN;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);//发送CMD16+设置数据长度为blksize,短响应
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_SET_BLOCKLEN); //等待R1响应
```
```
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = (u32)RCA<<16;//发送CMD13,查询卡的状态,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SEND_STATUS;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_SEND_STATUS); //等待R1响应
```
```
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument =nblks; //发送CMD23,设置块数量,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_SET_BLOCK_COUNT;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_SET_BLOCK_COUNT);//等待R1响应
```
```
写数据块：CMD24（单块写入）：写入一个块的大小，在标准容量卡有效，大容量卡，固定512字节。CMD25（多块写入）：直到CMD12 停止写入指令。
CMD42：上锁或者解锁，设置密码或者复位密码。CMD56：主机设置读卡或者写卡。
CMD254单块写入
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = addr;//发送CMD24,写单块指令,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_WRITE_SINGLE_BLOCK;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_WRITE_SINGLE_BLOCK);//等待R1响应
StopCondition=0; //单块写,不需要发送停止传输指令
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataBlockSize= power<<4; ; //blksize, 控制器到卡
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataLength= blksize ;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataTimeOut=SD_DATATIMEOUT ;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DPSM=SDIO_DPSM_Enable;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_TransferDir=SDIO_TransferDir_ToCard;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_TransferMode=SDIO_TransferMode_Block;
SDIO_DataConfig(&SDIO_DataInitStructure);
```
```
CMD25 多块写入
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument =addr; //发送CMD25,多块写指令,短响应
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_WRITE_MULT_BLOCK;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_WRITE_MULT_BLOCK); //等待R1响应
if(errorstatus!=SD_OK)return errorstatus;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataBlockSize= power<<4; ; //blksize, 控制器到卡
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataLength= nblks*blksize ;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataTimeOut=SD_DATATIMEOUT ;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DPSM=SDIO_DPSM_Enable;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_TransferDir=SDIO_TransferDir_ToCard;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_TransferMode=SDIO_TransferMode_Block;
SDIO_DataConfig(&SDIO_DataInitStructure);
```
```
CMD12 停止写入。
```
```
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument =0;//发送CMD12+结束传输
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_STOP_TRANSMISSION;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);
errorstatus=CmdResp1Error(SD_CMD_STOP_TRANSMISSION);//等待R1响应
if(errorstatus!=SD_OK)return errorstatus;
```
```
读数据块：CMD17读单个块，CMD18读多个块，CMD30，写保护，大容量卡 不支持改指令。ACMD13：发送卡状态，ACMD:22：发送写入块的数量，ACMD51：读取SCR寄存器内容。
```
```
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataBlockSize= power<<4 ;//配置读取的数据个数
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataLength= blksize ;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DataTimeOut=SD_DATATIMEOUT ;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_DPSM=SDIO_DPSM_Enable;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_TransferDir=SDIO_TransferDir_ToSDIO;
SDIO_DataInitStructure.SDIO_TransferMode=SDIO_TransferMode_Block;
SDIO_DataConfig(&SDIO_DataInitStructure);
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Argument = addr; //参数
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CmdIndex = SD_CMD_READ_SINGLE_BLOCK; //指令码
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Response = SDIO_Response_Short;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_Wait = SDIO_Wait_No;
SDIO_CmdInitStructure.SDIO_CPSM = SDIO_CPSM_Enable;
SDIO_SendCommand(&SDIO_CmdInitStructure);//发送CMD17+从addr地址出读取数据,短响应
```
```
##### 各指令定义表。
#### 2.2 SD I/O卡
SDIO卡就是支持SDIO接口的卡，其卡的功能多种多样，比如支持WIFI或者BlueTooth等，SDIO卡和SD存储卡是兼容的，在机械、电气指令和软件上面，SDIO卡对于移动电子设备，提供了一个高速度的数据传输，可以作为SIOD设备被识别。
SDIO卡分为两种：高速和低速。
- 高速：支持SPI模式和SDIO（1bit、4bit（必须））0-25MHZ
- 低速：支持SPI模式和SDIO（1bit、4bit（可选）） 0-400KHZ
SD卡以及SDIO卡不同的指令，因为对于SDIO卡来说，SD卡的有些指令没用，比如擦除指令等。
#### 2.3 MMC卡（多媒体卡）
再续
### 三、FATFS文件系统
再续
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作者：ZhangYixi
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